振动与电场作用对油中特征气体影响的研究装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种振动与电场作用对油中特征气体影响的研究装置及方法，装置包括一个测定池，在测定池底部固定设置压电陶瓷换能器，在测定池顶部之上通过支架设置有激光位移传感器，测定池中在激光位移传感器聚焦压电陶瓷换能器的聚焦线两侧相对设置有一对电极板，两个电极板分别设置有连接臂，两个连接臂分别从测定池两侧侧壁伸出连接试验电压，其中，一个连接臂当中设置有微分头，微分头用于调节两个电极板之间的距离用以改变两个电极板之间在施加电压时的电场强度，所述激光位移传感器的输出连接信号处理器，一个色谱仪通过获取测定池中的样品油与测定池连接，一个信号发生器的输出通过可调节功率放大器连接超声换能器。的输出通过可调节功率放大器连接超声换能器。的输出通过可调节功率放大器连接超声换能器。

【技术实现步骤摘要】
振动与电场作用对油中特征气体影响的研究装置及方法


[0001]本专利技术电气设备液体绝缘材料
，具体涉及一种振动与电场作用对油中特征气体影响的研究装置及方法。

技术介绍

[0002]油浸式电力变压器是电力系统中的核心设备，其可靠运行对电力系统的安全稳定至关重要。需要实时监测其的绝缘状态，而溶解气体分析(DGA)为常见的监测分析手段，它根据油纸中不同故障对应的产气特征不同，而确定出发生故障的类型，目前已获得故障类型与特征气体对应关系的主要为各类过热故障和放电故障。但目前电力系统中常常出现检测到放电故障对应的特征气体(如乙炔)升高，现场并未监测到放电信号，会误导分析结果。因此油纸绝缘系统中必然存在某类故障类型或者说某种异常工况导致产生与放电故障相似的特征气体，进而诱导现场油色谱的分析结果，造成误判，带来不必要的经济和人力物力方面的浪费。
[0003]已有研究证明变压器油中存在高频振动会导致空化气泡的产生，空化气泡在破裂时产生的局部高温高压效应导致油的分解产生各类特征气体。而实际变压器油中同时会存在电场与振动的作用，而电场的存在会影响到空化效应的强弱。因此，电场与振动共同作用时产生的特征气体情况会更加复杂，因此有必要研究电场与振动共同对油中特征气体的影响规律，从而找出电场与振动下特征气体含量变化的模式，从而更好的指导油色谱分析的实践。但目前国内外尚未开展该方面的研究，因此如何研究电场与振动共同作用对油中特征气体的影响规律，来更好的指导油色谱分析的实践，成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种振动与电场作用对油中特征气体影响的研究装置及方法，解决油中特征气体变化与振动和电场的对应关系问题，可以获得振动引起的压力变化幅值与电场下的特征气体变化规律；所获得的研究结果，有利于指导变压器绝缘状态的监测。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种振动与电场作用对油中特征气体影响的研究装置，其中，所述装置包括一个测定池，测定池用于研究时放入变压器样品油，在测定池底部固定设置压电陶瓷换能器，在测定池顶部之上通过支架设置有激光位移传感器，激光位移传感器聚焦压电陶瓷换能器的震动输出，测定池中在激光位移传感器聚焦压电陶瓷换能器的聚焦线两侧相对设置有一对电极板，相对设置的两个电极板分别设置有连接臂，两个连接臂分别从测定池两侧侧壁伸出连接试验电压，其中，一个连接臂当中设置有微分头，微分头用于调节两个电极板之间的距离用以改变两个电极板之间在施加电压时的电场强度，所述激光位移传感器的输出连接信号处理器，一个色谱仪通过获取测定池中的样品油与测定池连接，一个信号发生器的输出通过可调节功率放大器连接超声换能器。
[0007]方案进一步是：所述压电陶瓷换能器的谐振频率为25.6kHz，功率放大器的调节范围为0～20W。
[0008]方案进一步是：所述样品池是长220mm，宽220mm，高300mm的长方体。
[0009]方案进一步是：所述激光位移传感器的参数选择如下：激光波长为632.8nm，频率范围为DC～3MHz，位移分辨率为15pm。
[0010]方案进一步是：所述色谱仪通过与测定池的进出管道连接在线获取测定池中的样品油。
[0011]一种研究振动与电场作用对油中特征气体影响的方法，是基于上述研究装置的研究振动与电场作用对油中特征气体影响的方法，其中，所述方法包括如下步骤：。
[0012]步骤1：确定一个输入试验电压，是在两个电极板之间调至最大电场不击穿样品油的试验电压，在测定池为空池以及不施加试验电压的条件下，以固定的压电陶瓷换能器谐振频率从低至高逐级调节功率放大器的输出功率增大压电陶瓷换能器输出的位移变化幅度，并通过激光位移传感器获取位移变化幅度值，建立功率放大器的输出功率与电陶瓷换能器输出位移变化幅度的关系表格；
[0013]步骤2：将变压器样品油放入测定池，根据关系表格从低至高逐级调节功率放大器的输出功率增大压电陶瓷换能器输出的位移变化幅度值，并由位移变化幅度值转换计算出样品油的压力变化幅值，色谱仪同步逐级监测样品油中气体含量变化的特征气体；
[0014]步骤3：当特征气体出现时，接入电场输入电压，调节微分头改变压电陶瓷换能器作用范围内的电场强度，研究电场强度、压力变化幅值、作用时间三个因素对油中特征气体的影响规律；
[0015]步骤4：用大卫三角形从所获得的特征气体数据获得压力变化幅值与电场作用下对应的特征气体变化规律。
[0016]方案进一步是：所述由位移变化幅度值转换计算出样品油的压力变化幅值：是将位移变化幅度值带入CFD分析中获得的样品油的压力变化幅值。
[0017]方案进一步是：所述CFD分析是建立以测定池固定壁面为边界条件的压电陶瓷换能器振动模型，在模型中根据压电陶瓷球面聚焦式振动，在每一级振动周期内将位移变化幅度值形成振动面压力最小和最大值时刻的流场压力分布云图，从分布云图中提取得到压力变化幅值，根据不同的位移变化幅度值得到不同的压力变化幅值，进而形成位移变化幅度值与压力变化幅值的关系。
[0018]方案进一步是：所述样品池是长220mm，宽220mm，高300mm的长方体，所述电极板直径为40mm，两个电极板间距调节范围为1～4mm，电场取值范围为0～20kV/mm，所述功率放大器的调节范围为0～20W，所述从低至高逐级调节功率放大器的输出功率：以0.5W阶梯递增功率放大器的输出功率。
[0019]方案进一步是：所述特征气体的含气量为2.1％，电场强度为2KV/mm，振动时间为3小时，振动功率分别为2W、4W，6W、8W、10W、12W，对应的位移变化幅度值分别为0.048μm、0.097μm、0.151μm、0.205μm、0.247μm、0.298μm，对应的压力变化幅值分别为24668Pa、50159Pa、77156Pa、101356Pa、125659Pa、151365Pa，将压力变化幅值数值带入大卫三角形获得空化阈值的压力变化幅值是101356Pa。
[0020]本专利技术的有益效果是：开创性的结合数值计算与实验分析，可以揭示振动与电场
共同作用下油中特征气体的变化规律，通过研究振动与电场作用下的油中特征气体研究方法，可以获得振动引起的压力变化幅值与电场下的特征气体变化规律。所获得的研究结果，有利于指导变压器绝缘状态的监测。
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细描述。
附图说明
[0022]图1为本专利技术装置结构示意图；
[0023]图2为本专利技术CFD分析模型图；
[0024]图3为本专利技术压电陶瓷球面的聚焦式振动流场压力分布云图；
[0025]图4为本专利技术压电陶瓷球面的聚焦式振动物理模型；
[0026]图5为本专利技术压电陶瓷球面半径振动参数示意图；
[0027]图6为大卫三角示意图；
[0028]图7是一个带入参数实例的大卫三角示意图。
具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种振动与电场作用对油中特征气体影响的研究装置，其特征在于，所述装置包括一个测定池，测定池用于研究时放入变压器样品油，在测定池底部固定设置压电陶瓷换能器，在测定池顶部之上通过支架设置有激光位移传感器，激光位移传感器聚焦压电陶瓷换能器的震动输出，测定池中在激光位移传感器聚焦压电陶瓷换能器的聚焦线两侧相对设置有一对电极板，相对设置的两个电极板分别设置有连接臂，两个连接臂分别从测定池两侧侧壁伸出连接试验电压，其中，一个连接臂当中设置有微分头，微分头用于调节两个电极板之间的距离用以改变两个电极板之间在施加电压时的电场强度，所述激光位移传感器的输出连接信号处理器，一个色谱仪通过获取测定池中的样品油与测定池连接，一个信号发生器的输出通过可调节功率放大器连接超声换能器。2.根据权利要求1所述的研究装置，其特征在于，所述压电陶瓷换能器的谐振频率为25.6kHz，功率放大器的调节范围为0~20W。3.根据权利要求1所述的研究装置，其特征在于，所述样品池是长220mm，宽220mm，高300mm的长方体。4.根据权利要求1所述的研究装置，其特征在于，所述激光位移传感器的参数选择如下：激光波长为632.8nm，频率范围为DC~3MHz，位移分辨率为15pm。5.根据权利要求1所述的变压器油空化阈值测定装置，其特征在于，所述色谱仪通过与测定池的进出管道连接在线获取测定池中的样品油。6.一种研究振动与电场作用对油中特征气体影响的方法，包括权利要求1所述研究装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：确定一个输入试验电压，是在两个电极板之间调至最大电场不击穿样品油的试验电压，在测定池为空池以及不施加试验电压的条件下，以固定的压电陶瓷换能器谐振频率从低至高逐级调节功率放大器的输出功率增大压电陶瓷换能器输出的位移变化幅度，并通过激光位移传感器获取位移变化幅度值，建立功率放大器的输出功率与电陶瓷换能器输出位移变化幅度的关系表格；步骤2：将变压器样品油放入测定池，根据关系表格从低至高逐级调节功率放大器的输出功率增大压电陶瓷换能器输出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴杰，尹睿涵，吴兴旺，丁国成，柯艳国，谢佳，朱太云，杨海涛，张晨晨，张乔根，文韬，汪可，周秀，李刚，田天，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司国网宁夏电力有限公司电力科学研究院西安交通大学，
类型：发明
国别省市：